基于ＤＩＳ的視頻與數(shù)據(jù)采集同步教學課件的開發(fā)及應用

摘要：為了推進DIS實驗技術的應用，筆者研發(fā)了基于DIS的視頻與數(shù)據(jù)采集同步教學課件。并對其制作設想、實現(xiàn)方法等進行了闡述，對教學功能進行了挖掘。

關鍵詞：DIS實驗技術；數(shù)據(jù)采集；視頻資料；課件

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2008)4(S)-0053-3

1 制作設想

隨著新課程改革的推進，DIS實驗系統(tǒng)在中學物理中的應用日益廣泛，成為中學生進行科學探究的有效工具。但由于地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的不平衡，而DIS實驗系統(tǒng)的成本較高，許多學校無法大批量的購買，大多數(shù)學校只是購買一兩套，給教師講公開課或者學生進行專題研究時使用，這樣大大制約了數(shù)據(jù)采集器的應用，無法滿足對廣大學生教學的需要。

為此筆者認為：教師如果能將用DIS實驗系統(tǒng)做實驗的過程以及實驗數(shù)據(jù)、圖象等以課件、網(wǎng)頁或其他的形式展示給學生，也能在一定程度上加深學生對物理規(guī)律的理解能力，給學生較強的感性認識。在對廣東省的物理教師進行調查時發(fā)現(xiàn)，92.5％的教師都很希望獲得DIS實驗系統(tǒng)相關的實驗資料，特別是一些視頻資料。鑒于這些原因，我們提出了基于DIS的視頻與數(shù)據(jù)采集同步教學課件的設想，希望能夠彌補此不足，減少數(shù)據(jù)采集器實驗對真實情景的過分依賴性，擴展其教學功能。

2 實現(xiàn)方法

2.1 利用Datastudio實現(xiàn)實驗視頻與實驗數(shù)據(jù)（圖象）采集同步

利用軟件實現(xiàn)DIS實驗系統(tǒng)的視頻與數(shù)據(jù)（圖象）采集同步的技術最早出現(xiàn)在美國PASCO公司生產(chǎn)的DIS實驗系統(tǒng)的配套軟件Datastudio 1.90之中，它可以將DIS實驗系統(tǒng)的實驗視頻與數(shù)據(jù)采集器采集下來的數(shù)據(jù)（圖象）完美地結合起來，進行同步播放。實現(xiàn)方法為：

在實驗的過程中，利用攝像機或者帶有錄像功能的數(shù)碼相機將實驗的過程拍攝下來，請注意，拍攝的視頻必須為.mov或者.avi的格式。將視頻導入計算機，并與保存的數(shù)據(jù)文件放在同一目錄下。打開Datastudio軟件中的活頁簿（workbook），通過 和 按鈕分別將視頻和數(shù)據(jù)文件導入，并點擊右鍵設置同步，最后可得到這樣的效果：將導入的實驗視頻啟動，即可發(fā)現(xiàn)實驗視頻和實驗數(shù)據(jù)（圖象）同步運動，并一一對應；將視頻暫停在某一時刻，相應的數(shù)據(jù)（圖象）也將在此時停止。如圖2，截取了彈性球的運動視頻運行過程中的兩幅圖，從中我們可以看出實驗視頻和圖象的對應關系。



用Datastudio實現(xiàn)的實驗視頻與數(shù)據(jù)（圖象）同步，其最大的局限性在于其播放無法脫離該軟件，該軟件的價位較高，購買此軟件的學校很少。倘若能脫離此平臺，插入課件或網(wǎng)頁中，應用就更方便，也容易得到推廣。基于這種想法，我們提出了利用Flash實現(xiàn)實驗視頻和數(shù)據(jù)（圖象）采集同步的方法。

2.2 利用Flash實現(xiàn)實驗視頻和數(shù)據(jù)（圖象）采集同步

這種方法是先利用屏幕動態(tài)捕捉軟件Camtasia Studio獲取真實數(shù)據(jù)視頻，利用flash軟件強大的腳本功能將獲取的數(shù)據(jù)視頻與攝像機拍攝的實驗過程視頻制作成實驗視頻和數(shù)據(jù)采集同步的課件。下面簡單地介紹一下這種技術的實現(xiàn)方法。

所需硬件：電腦，數(shù)據(jù)采集器，傳感器，實驗器材，攝像機（配支架）

所需軟件：數(shù)據(jù)采集器配套軟件，Camtasia Studio屏幕錄像軟件，Macromedia flash課件制作軟件。

其基本步驟如下：

（1）設計和進行實驗，并觀察實驗操作與采集的信號的對應情況；

（2）準備好攝像機，對準實驗場景，調節(jié)，讓拍攝達到最佳效果；

（3）打開屏幕錄像軟件Camtasia Studio，新建錄制向導，選擇錄像區(qū)域，選定的錄像區(qū)域為綠色邊框；

（4）在進行實驗的同時，一方面用攝像機拍攝實驗操作場景，另一方面用Camtasia Studio將正在動態(tài)變化的數(shù)據(jù)采集器信號捕捉下來，如變化的圖線，變化的數(shù)據(jù)，保存為視頻格式?？梢远嗳瞬僮鳎ＷC兩者在時間上的一致性；

（5）將攝像機里的實驗場景錄像進行剪輯導入到計算機中，并在Flash中實現(xiàn)實驗場景錄像和數(shù)據(jù)采集器數(shù)據(jù)（圖象）錄像的同步運行及控制。如圖2，是已經(jīng)制作好的“自感”視頻與數(shù)據(jù)采集同步課件中截取的圖，將兩個電壓傳感器分別并聯(lián)在兩個燈炮兩端，①、②兩條曲線分別代表了上下兩個燈泡兩端電壓隨時間變化的圖線。

該課件包括以下功能：

（1）同步播放、暫停，同步快進、快退，跳到開頭，跳到結尾。分別采用了Flash里的函數(shù)是：play，stop，prevFrame，nextFrame，gotoAndStop（開頭禎），gotoAndStop（結束禎）來實現(xiàn)。

（2）實物錄像場景的窗口的大小可以控制，用Flash里的_xscale，_yscale函數(shù)，并且可以隨意的拖動，或隱藏，這些功能的設置大大的方便了老師的教學。

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3 預期目標

相比之下，采用Flash制作的實驗視頻和數(shù)據(jù)（圖象）采集同步教學課件具有推廣價值?，F(xiàn)在我們正利用此技術制作一套與粵教版高中物理教材相配套的，與教師教學緊密結合的關于DIS實驗技術在高中物理實驗教學中應用的課件光盤素材。光盤中，課件以積件庫的形式存在，即各個實驗獨立分開，一個實驗，一個小課件，方便老師調用。

4 教學價值挖掘

將以上視頻同步課件應用于實際教學中，我們發(fā)現(xiàn)具有以下的教學價值：

①集合了視頻教學和DIS實驗教學的優(yōu)點，將真實的物理情景和物理數(shù)據(jù)（圖象）結合、對應起來，符合建構主義的教學思想，更能反映物理現(xiàn)象的本質，深化了對于學生物理規(guī)律的理解。視頻揭示了實驗的現(xiàn)象，數(shù)據(jù)（圖象）直觀地反映了實驗現(xiàn)象所對應的物理規(guī)律，兩者同步起來，相得益彰，突破教學難點。采用此教學課件教學能夠激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生捕捉信

息、獲取信息、處理信息的能力；能提高課堂教學效率；使學生仿佛身臨其境，能更有效地啟發(fā)學生思維，激勵學生參與教學過程，充分發(fā)揮學生學習的主體作用。 



②其最大的優(yōu)點在于實驗視頻和數(shù)據(jù)（圖象）采集視頻可以同步播放和同步暫停。有的物理實驗現(xiàn)象轉瞬即逝，學生可能都沒觀察清楚就已經(jīng)過去了，利用這個課件可以給學生反復的觀察，倘若變化太快，還以將課件停在某一處仔細觀察，“暫?！边@樣一個小小的功能會給物理實驗教學帶來意想不到的方便和直觀，如在進行“簡諧振動”（如圖3）的教學時，可將實驗視頻和圖象同時停止在某一特殊位置，如平衡位置，位移最大，位移最小處等，將兩者結合起來分析此時的位置、速度、受力、加速度等特點。在講授“自感”時，可以利用暫停將實驗的過程分為三個不同的階段，通電時，電流穩(wěn)定時，斷電時分別觀察。這種方式對學生進行探究學習，理解物理概念和規(guī)律大有裨益。

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5 應用途徑

無論是否具備數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)的學校，都可以利用該課件讓教師和學生對數(shù)據(jù)采集器，傳感器有所了解；觀察數(shù)據(jù)采集器進行實驗的過程；將課件與實際課堂教學相結合，利用提供的圖象和數(shù)據(jù)，提高學生對圖象的認知能力和分析處理數(shù)據(jù)的能力；也可以在傳統(tǒng)實驗的基礎上利用該課件進行深化教學。

對于數(shù)據(jù)采集器充足的學校，課件中提供的案例實際上是對教師一種培訓資源。教學時，可以同實物演示相結合起來，讓學生在實物演示后能夠觀察到實驗的細節(jié)。還可以利用該課件進行實驗的預習和復習總結。

總之，數(shù)據(jù)視頻同步課件在某種程度上緩和了學校實驗儀器不足，能夠改善“畫實驗”，“講實驗”的情況，為學生學習提供了一個比較真實的認知環(huán)境。

最近，筆者利用以上的“自感”的視頻與數(shù)據(jù)采集同步課件在廣州真光中學進行授課，從學生的反饋可以看出取得了非常好的教學效果，課件也深受廣大物理教師的歡迎。

(欄目編輯王柏廬)